在当今自动化时代， 4轴数控加工 已成为不同制造方法的关键参与者。该技术提供了四种不同的运动选项，使其能够同时执行多项任务。它对于同时处理更多零件也很有用。因此，制造商通常选择 4 轴 CNC 加工作为提高产能的经济有效方式。
4轴数控加工如何操作？它与 3 轴有何不同 5轴数控加工？每种类型的优点和缺点是什么？
要了解更多信息，请阅读全文。
什么是四轴数控加工？
四轴数控加工是一种先进的加工方法，它使用 数控机床 具有额外的旋转轴。通过这种旋转，您可以在零件的四个侧面上进行操作，同时零件保持夹紧在一个位置，只需一次设置。此功能可以创建复杂的零件并能够以不寻常的角度进行铣削，这 3轴加工 做不到。
四轴机器有不同的款式，但它们常见于“立式加工' 格式。在此设置中，主轴绕 Z 轴移动。我们将在这里重点关注立式 4 轴铣削。
此方法涉及常见的三个轴（X、Y 和 Z），就像 3 轴加工一样，加上一个绕 X 轴旋转的附加 A 轴。工件沿X轴固定，并可随其夹具在A轴上旋转。
4 轴加工对于在零件或圆柱表面的侧面制作切口和孔特别有用。使用 4 轴加工代替 3 轴加工通常可以减少多次设置的需要，从而节省时间。由于零件固定在一个装置中，因此它还有助于保持零件所有四个侧面的精确尺寸。
通过 4 轴和 5 轴加工可以更有效地生产更复杂的形状，例如圆弧和螺旋线。这种方法还使切割有角度的特征变得更简单。但是，当使用第四轴时，这些有角度的特征必须在同一轴上对齐。如果角度不同，则可能需要针对每个不同的角度调整设置（可能还有固定装置）。
四轴数控机床类别
4 轴加工是在各种类型的加工中心上完成的。虽然它们都具有四轴，但它们的设计和操作有所不同。
根据其操作机制，这些机器可分为两大类：
- 位置（3+1轴）
- 同步（真正的 4 轴）
1. 位置（3+1轴）
一个 定位 4 轴机器 本质上是一台具有附加功能的 3 轴 CNC 机床。它包括第四个轴，允许工件沿 X 轴旋转。然而，它不能对多个表面进行同时加工。相反，在完成一个表面后，工件会重新定向以加工另一表面。第四轴的这种单独运作使其被称为 3+1 轴加工中心。
这种类型非常适合末端具有方形或多边形特征的零件，并且适用于墓碑。
2.同步（真4轴）
这 同步或真正的 4 轴机器 同时利用所有四个轴。此功能允许进行更复杂的加工，因为刀具和工件可以同时移动和旋转。具有同步加工功能的机床还具有定位加工功能，但同步加工允许更复杂的刀具路径。
这种类型对于圆柱形工件的精细加工特别有效。
根据其结构，四轴数控机床进一步分为：
- 垂直的
- 水平的
1. 四轴立式数控加工中心
在这些中心中，工件平行于工作台定位并从上方进行加工。它们本质上是传统的三轴立式铣床，增加了第四轴。该第四轴可以支持定位加工或同步加工，具体取决于控制器和 编程.
2. 4轴卧式数控加工中心
在此，工件垂直固定，加工水平进行。这些中心通常使用墓碑来加工多个零件，并且通常是定位的。不像 垂直中心, 水平中心 通常不是由 3 轴机器转换而来。它们从一开始就带有集成的第四轴。
四轴数控机床的应用
在为您的项目选择 4 轴 CNC 加工之前，了解其应用至关重要。彻底评估您的零件设计以确定是否需要 3、4 或 5 轴加工非常重要。以下是 4 轴机器的一些典型应用场景：
加工尖角
对于末端或侧面需要锋利边缘的零件，第四轴特别有用。通过将零件旋转到适当的角度，可以有效地进行铣削。此功能对于向圆柱形零件添加边缘特征特别有用。
第四轴的旋转能力允许同时车削圆柱形特征和铣削边缘，从而无需在不同机器之间切换。
细化圆柱形物体
这些机器中的第四轴是旋转轴，使工件能够像机器一样旋转 数控车床。此功能允许通过 4 轴 CNC 加工对圆柱形物体进行复杂的细节处理。此外，由于第四轴的功能，此类任务的编程更加简单。
提高生产能力
有时，您的零件设计可能并不特别需要四轴 CNC 加工。但是，如果您的目标是提高产能，四轴机床可能非常有效。它允许您同时处理更多零件，这在处理大量小零件时特别有用。
这是因为单独设置每个部件可能非常耗时并且会减慢生产速度。在这种情况下，配备墓碑的定位 4 轴数控机床是理想的选择。
四轴数控加工的优点
4 轴 CNC 加工具有一系列优势，可以提高效率并为各个制造行业提供节省成本的解决方案。一些主要优势包括：
1. 多功能性
4 轴 CNC 机床能够处理各种材料和尺寸，从小型电子元件到大型航空航天零件，使其在任何制造环境中都具有高度适应性。
2. 提高灵活性
CNC 4 轴机床能够在四个方向（X、Y、Z 和 A）上移动，因此在精度和精度方面比 3 轴机床更具优势。这种额外的运动可以在切割过程中实现更好的控制，并能够更灵活地加工复杂形状。
3. 精度和一致性
4 轴 CNC 加工中的 A 轴旋转对于实现卓越的精度至关重要。与传统方法相比，它提供了更一致的加工过程，手动重新定位工件可能会导致轻微的变化。
4. 降低人为错误的风险
由于能够针对特定生产任务对 4 轴 CNC 机床进行编程，因此减少了人工干预的需要，从而减少了错误、缩短了生产时间并提高了效率。
5.简化你的工作
手动操作传统机器可能既耗时又费力。使用 4 轴 CNC 机床简化了这些流程，使操作员的工作更加轻松。
6. 增强的能力
附加的 A 轴扩展了机器制造复杂零件的能力，这对于 3 轴机器来说是一项挑战。此功能对于创建详细的计算机生成模型和为物理模型设计复杂的形状非常有用。
7. 多样化的几何形状
A 轴旋转允许探索复杂的形状、角度和几何形状，超越传统加工方法的限制。
8、更高的生产能力
一旦编程，4 轴 CNC 机床就可以连续生产高精度部件，从而显着提高 生产能力，特别是当使用墓碑来增加一次加工的零件数量时。
9. 缩短交货时间
在单一装置中制造复杂组件的能力简化了生产流程，最大限度地减少了中间处理和重新定位，从而显着缩短了交货时间。
10.更经济
尽管与 3 轴机床相比初始成本较高，但从长远来看，4 轴加工的效率和生产率可以使其更具成本效益。
11. 支持铣削和车削
使用 4 轴机床加工圆柱形特征要简单得多，与 3 轴机床不同，它允许在一台机床上进行铣削和车削操作。
12. 减少设置和工具更换
将 A 轴旋转集成到 4 轴 CNC 加工中，减少了频繁重新定位工件和更换刀具的需要，从而最大限度地减少停机时间并提高生产率。
4 轴 CNC 加工的缺点
虽然 4 轴 CNC 加工具有众多优势，但也必须考虑其局限性：
1. 昂贵的设置
购买和安装 4 轴 CNC 机床需要大量的财务投资。企业需要仔细评估长期收益与前期成本，以确保良好的投资回报。
2. 需要更高的技能和专业知识
尽管数控机床在很大程度上实现了任务的自动化，但它们仍然需要熟练的操作员进行设置、编程和监督。这一要求增加了操作复杂性和成本。
3. 编程和设置复杂性
与传统的 3 轴加工相比，实施 4 轴 CNC 加工带来了更高水平的编程和设置复杂性。增加的 A 轴旋转带来了额外的复杂性，需要详细的规划和精确的编程。这种复杂性还可能延伸到设置过程，可能需要更多的时间和资源来实现高效操作。
4. 受某些几何形状的限制
尽管 A 轴增加了灵活性，但 4 轴机器可能会发现一些几何形状和角度具有挑战性。在这种情况下，选择 5 轴 CNC 机床可能更合适。
4 轴数控机床剖析
4 轴数控机床的结构包括几个独特的组件：
- 夹头 – 卡盘，或 车床卡盘，当立碑不使用时，将工件夹紧到第四轴。它们对于需要铣削和车削零件的任务至关重要。然而，这种设置限制您一次只能处理一个零件。
- 钳住 - 这 钳住 作为工件的安装表面，特别是在立式 4 轴 CNC 加工中。直接夹紧工件仅允许进行顶面加工，而虎钳则可以从三个方向进行操作。从视觉上看，虎钳还可以安装在墓碑上，以增加单次加工的零件数量。
- 墓碑 – 与 3 轴 CNC 加工不同，墓碑是四轴机床的一个关键特征。它是一个塔状结构，具有多个工件连接点，类似于铣床。在 4 轴加工中，立碑可以旋转，从而可以接触到更多的表面区域，并允许同时加工更多的零件。此功能通常出现在卧式数控机床中，但也可以出现在立式机床中，尽管间隙有限。
- 主轴总成 – 这是变速旋转 主轴 它容纳对加工过程至关重要的切削刀具。
- 切割用具 – 切削刀具负责从工件上去除材料以塑造最终产品的形状。
- 行列 – 这些组件使主轴和切削刀具能够沿 Z 轴（上下）和 X 轴（左右）移动。
- 索引表 – 这是夹紧工件或旋转分度台的平台，并沿 Y 轴移动。一些加工中心还在旋转 B 轴上旋转该工作台。
- 旋转分度台（可选第四轴） – 该机械装置用于夹持和旋转工件，称为A轴。
- 数控控制面板 – 机械师使用该接口来控制 CNC 机床操作的线性和旋转运动。
四轴数控加工流程
要掌握 4 轴 CNC 加工的工作原理，必须了解这些 CNC 机床的运动和功能。它们沿 X、Y 和 Z 轴高效移动切削刀具，同时沿 A 轴旋转工件。该附加轴使机器能够从各个角度操纵工件，从而可以创建复杂而精确的零件。
4 轴 CNC 加工流程可概括为以下步骤：
- 编程：4 轴 CNC 机床的编程是使用 CAM（计算机辅助制造）程序完成的。该软件为机器创建适当的刀具路径，详细说明加工顺序、旋转速度和刀具选择。
- 工件夹具：工件固定在第4轴的卡盘上。在某些情况下，第四轴上会使用墓碑作为固定多个零件的底座。这种设置可以同时加工多个部件，无需频繁重新校准。
- 加工：然后开始实际的加工过程。 4 轴 CNC 机床能够执行铣削和车削操作。机器遵循 CAM 程序提供的指令。
- 精加工：加工后，进行清洁或去毛刺等最后的处理以完成该过程。
最适合四轴数控加工的项目类型
各种项目都非常适合 4 轴 CNC 加工：
定制零件制造
4 轴 CNC 加工的常见用途是为机器制作定制零件或组件。其范围包括从制造替换零件以提高效率或功能到创建用于完成电器组装的必要组件。它还常用于 3D 建模和打印、开发原型或概念模型以及制作个性化雕刻品，例如爱好标志。
定制工具和模具制造
另一个重要的应用是为特定用途或制造工艺创建定制工具或模具。例如，可能需要制造非常规工具或模具来精确精加工零件，例如零件的底面 齿轮。可以将 4 轴 CNC 机床设置为在零件的一侧工作，然后将其旋转 90 度以加工另一侧，所有这些都在同一设置内进行。
航天工业
航空航天领域经常采用 4 轴 CNC 加工来进行车削、铣削和钻孔等各种操作。 4 轴 CNC 加工所提供的高精度对于飞机和航天器中众多小齿轮的生产尤其有价值。
3 轴、4 轴和 5 轴 CNC 加工有什么区别？
区分多轴 CNC 加工类型对于平衡成本、产品质量和生产时间等因素至关重要。
准确度和精度
数控加工 以其高精度和严格的公差而闻名。在 3 轴 CNC 加工中，由于频繁重新定位工件，可能会出现错误。虽然这些误差对于许多应用来说通常很小并且可以接受，但对于航空航天等精度关键的领域来说，它们可能会出现问题。
相比之下，4 轴和 5 轴机器不需要太多的重新定位，从而减少了出错的可能性。这些机器可以使用单个夹具在多个平面或位置上向工件添加特征，从而提高精度。
加工能力
所有类型的 CNC 加工的基本原理都是相同的：计算机控制的切削刀具在材料周围移动进行切削， G 代码或 M 代码.
主要区别在于旋转轴。 4 轴和 5 轴机床都允许沿附加轴旋转或移动，有助于加工具有复杂形状和几何形状的产品。
费用
成本是一个主要因素 在 3 轴、4 轴和 5 轴加工之间进行选择。购买和维护三轴机器通常最具成本效益。然而，总体运营成本可能会受到熟练操作员和固定装置等因素的影响。
另一方面，4 轴和 5 轴机器更先进，功能更强大，因此价格也更高。尽管成本较高，但其广泛的功能使其适合专门的任务。
3轴、4轴、5轴数控加工如何选择？
3、4 和 5 轴 CNC 加工的主要区别在于切削刀具和工件之间的轴运动水平。运动的复杂性直接影响为各个行业生产具有更复杂几何形状的零件的能力。
机床的轴数表明了其铣削工艺的复杂性、铣削零件时可以达到的复杂程度以及可以接触的工件区域。从 3 轴转向 4 轴再到 5 轴，您将逐步获得改进的灵活性、特性和功能。
机器的选择取决于您的具体制造需求、所需的复杂性和精度以及您的预算。对于每个人来说，没有通用的答案。
- 三轴机器 是打火机的理想选择， 高速加工任务。它们非常适合生产小型、简单零件且精度要求不高的项目。这些机器允许使用更小的刀头并最大限度地减少加工过程中的振动。
- 4轴机器 是您创建复杂 3D 形状、在工件侧面或圆柱形表面上打孔和切口以及在组件的倾斜表面上进行高精度铣削的首选工具。
- 5轴机器 如果您的项目需要极高的精度和复杂的几何设计，我们可以提供高效的工艺来生产此类复杂的机加工部件。
常见问题
结论
4 轴数控机床是一款多功能且功能强大的工具，适合各种应用。为了有效地使用它，必须了解它的优点和缺点。
选择 5 轴、4 轴还是 3 轴 CNC 加工取决于您需要加工的零件的复杂性和所需的精度水平。对于航空航天或医疗等关键领域使用的零件来说，复杂的形状和最高的精度至关重要，5 轴加工是首选。对于制造异形零件，例如在圆柱形结构周围有切口和孔的零件或凸轮凸角和螺旋线等复杂圆弧的零件，4 轴 CNC 机床是理想的选择。另一方面，3轴加工更适合较简单的零件；它还更具成本效益且用户友好。
最终，选择哪种类型在很大程度上取决于项目的独特要求。
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